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买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985毕业设计（论文）脚踝康复机构的设计 姓名学号专业买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985摘要 康复训练机器人的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，该类产品有行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练等。康复机器人有两种：辅助型康复机器人和康复训练机器人。辅助型康复机器人主要是帮助肢体运动有困难的患者完成各种动作，该类产品有机器人轮椅、机器人护士、机器人假肢、机械外骨骼等。康复机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，康复机器人技术在欧美等国家得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，近年来取得了一些有价值的成果。对于中风、偏瘫、下肢运动机能损伤等患者来说，脚踝康复机构有着很好的治疗效果。从踝关节康复理论分析可知，踝关节共涉及伸屈、内外翻、内外旋三个自由度，最主要的是伸屈、内外翻两个自由度，也是决定患者是否康复的最主要的两种运动。而现存的踝关节康复机构，大多只能锻炼踝关节伸屈这一个自由度，不利于患者的全面康复。从图中可知，第一种方案，用一对大锥齿轮完成传动，第二种方案，用一对直齿轮和一对小锥齿轮代替一对大的锥齿轮。综合比较利弊，择优选择，最终决定选用第二种传动方案，以减小空间尺寸，减轻机构重量。关键词：康复训练机器人，锥齿轮，脚踝康复机构买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985ABSTRACTThe main function of rehabilitation training robot is to help patients complete recovery training various motor function, these products have a walking training, sports training arm, spine sports training. There are two rehabilitation robot: robot-assisted rehabilitation and rehabilitation robots. Robot-assisted rehabilitation is to help patients with limb movement difficult to complete a variety of actions, such products are wheelchair robots, robot nurses, prosthetic robot, mechanical exoskeleton like.Rehabilitation robot is the perfect combination of medical rehabilitation and robotics, rehabilitation robotics in Europe and other countries have received widespread attention researchers and medical institutions, many research institutions have carried out relevant research work in recent years has made some valuable results. For patients with stroke, paralysis, lower limb motor function injury, the ankle rehabilitation agencies have a very good therapeutic effect. The two most important from ankle rehabilitation theory analysis, involving a total of ankle flexion, varus, internal and external rotation three degrees of freedom, the most important is flexion, varus two degrees of freedom, in determining whether the patient rehabilitation movement. The existing ankle rehabilitation institutions, most of them only ankle flexion exercise a degree of freedom that is not conducive to a comprehensive rehabilitation of patients.From the figure, the first option, with a pair of bevel gear transmission is completed, the second solution, using a pair of spur gear and a pair of small bevel gear instead of a pair of bevel gears. Comprehensive comparison of the pros and cons, choose the best, and ultimately decided to use the second transmission scheme to reduce the size of the space, reduce body weight.Keywords: rehabilitation robotics, bevel gear, ankle rehabilitation agencies 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985目 录第 1 章 绪论11.1 国内外研究现状.11.2 本课题研究的内容及方法.11.2.1 主要的研究内容.11.2.2 设计要求.1第 2 章 脚踝康复机构方案的设计3第 3 章 踝关节康复机构的结构设计63.1 电机驱动和减速器的选择63.1.1 踝关节运动角度和摆动速度.63.1.2 电机、减速器的选择.63.2 设计系统尺寸93.2.1 确定脚踏板和框架尺寸.93.2.2 确定传动方杆尺寸.103.2.3 确定系统的尺寸图.103.3 齿轮设计与计算.113.4 轴的设计与计算.203.4.1 输入轴的设计与计算203.4.2 中间轴的设计与计算223.4.3 输出轴的设计与计算253.5 轴承的校核.273.5.1 输入轴上轴承寿命计算273.5.2 中间轴上轴承寿命计算283.5.3 输出轴上轴承寿命计算293.6 键的选择和校核.313.6.1 键的选择313.6.2 键的校核31第 4 章 机架的设计324.1 对机架结构的基本要求324.2 机架的结构334.3 横梁设计344.4 机架的基本尺寸的确定344.5 主要梁的强度校核34买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709851结论37参考文献38致 谢391.1.买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985第 1 章 绪论1.1 国内外研究现状国内外许多研究机构都在这方面取得了不错的研究结果。脚踝康复机构发展主要经历了几个阶段。由早期的简单步行训练机发展到现在功能丰富、符合人体运动机理的脚踝康复机构。早期发展的下肢康复训练系统是借助于跑步机、悬吊系统等帮助患者进行运动训练，此种产品结构简单、价格便宜，但训练过程中必须有专业人员的帮助，而且并不符合人体运动机理，还不能称为康复训练机器人，只能是一种半自动的康复训练机械，它的功能单一、价格便宜，而且需要在专业护理人员的帮助下进行康复训练，这种机械对下肢病情比较轻的病人较合适。康复训练机器人的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，该类产品有行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练等。康复机器人有两种：辅助型康复机器人和康复训练机器人。辅助型康复机器人主要是帮助肢体运动有困难的患者完成各种动作，该类产品有机器人轮椅、机器人护士、机器人假肢、机械外骨骼等。康复机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，康复机器人技术在欧美等国家得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，近年来取得了一些有价值的成果。对于中风、偏瘫、下肢运动机能损伤等患者来说，脚踝康复机构有着很好的治疗效果。1.2 本课题研究的内容及方法1.2.1 主要的研究内容在查阅了国内外大量的有关脚踝康复机构设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑脚踝康复机构结构特点、具体作业任务特点以及脚踝康复机构的推广应用，分析确定使用脚踝康复机构实现自动化目的。为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下:1 根据现场作业的环境要求本身的结构特点，确定康复机器人整体设计方案。2 确定康复机器人的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。3 从所要功能的实现出发，完成康复机器人各零部件的结构设计；4 完成主要零部件强度与刚度校核。1.2.2 设计要求1 根据所要实现的功能，提出康复机器人的整体设计方案；买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098512 完成康复机器人结构的详细设计；3 通过相关设计计算，完成电机选型；4 完成结构的设计总装配图、主要零件图。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985第 2 章 脚踝康复机构方案的设计踝关节康复机构的结构既要满足踝关节康复训练模式的要求，又要满足机构本体设计的理论依据，上述分析为机构本体的设计打下基础。其技术路线如图 2-1 所示。踝关节结构及运动形式损伤机理中风偏瘫康复机理康复训练模式康复机本体要求机构设计理论 康复理论机构本体设计理论依据各种机构方案机构本体虚拟样机图 2-1 踝关节康复机器人的技术路线从踝关节康复理论分析可知，踝关节共涉及伸屈、内外翻、内外旋三个自由度，最主要的是伸屈、内外翻两个自由度，也是决定患者是否康复的最主要的两种运动。而现存的踝关节康复机构，大多只能锻炼踝关节伸屈这一个自由度，不利于患者的全面康复。针对上述问题，论文设计了两种踝关节康复机构的方案，如图 2-2 和图 2-3 所示。从图中可知，第一种方案，用一对大锥齿轮完成传动，第二种方案，用一对直齿轮和一对小锥齿轮代替一对大的锥齿轮。综合比较利弊，择优选择，最终决定选用第二种传动方案，以减小空间尺寸，减轻机构重量。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709853图 2-2 第一方案简图图 2-3 第二方案简图图 2-4 是该方案的传动示意图，该机构能模拟踝关节真实运动，有利于患者治疗踝关节扭伤和正确矫形。其中第一路传动路线控制踝关节的内外翻运动，第二路传动路线控制踝关节的伸屈运动，通过接合不同的电磁离合器，控制脚踝不同的康复运动：接合第一电磁离合器，则脚踝做内外翻运动；接合第二电磁离合器，则脚踝做伸屈运动。使用本机构的患者，可以针对自身实际情况，只进行某一种康复运动；也可以随买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709854时改换离合器的接合按钮，进行两种不同的康复运动。踝关节内外翻踝关节两个自由度伺服电机踝关节内翻 / 外翻运动减速器第一路传动路线 第二路传动路线第一电磁离合器第二电磁离合器脚踏板上下摆动踝关节伸屈支撑板一对直齿圆柱齿轮一对锥齿轮传动方杆脚踏板左右摆动踝关节背伸 / 跎屈运动图 2-4 机构的两路系统传动图买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985第 3 章 踝关节康复机构的结构设计3.1 电机驱动和减速器的选择3.1.1 踝关节运动角度和摆动速度该机构的运动范围应当由人类直线行走时的运动范围所决定。设计角度既要保证康复机构能够带动患者按正常步态运动，又不能误伤到患者，这就需要参考人类正常行走范围的同时对运动的角度范围加以限制，如表 2 所示。即踝关节设计角度要大于正常走动的角度而又小于人体极限的摆动角度，如此才能保证实现人体正确步行轨迹，又能保证安全。（1) 从表 3-1 可见，该康复机构的关节设计角度为：背伸 20，跖屈 25，内翻20，外翻 15。该角度在病人踝关节可以承受范围之内，并可模拟正常走路角度。表 3-1 康复机构踝关节运动范围运动名称 人体极限摆动角度 人体正常走动角度 机构设计角度背伸 30 14 20跎屈 45 20 25内翻 45 14 20外翻 30 10 15按照理疗师的要求，在大于 6s 的时间内完成背伸、跖屈运动，背伸 020，跎屈025，那么按照要求，减速器输出端的角速度为（3-1）srad/26.018025（2) 同样，在大于 6s 时间内完成外翻、内翻运动，外翻 020，内翻 015，那么按照要求，减速器输出端的角速度速为（3-2）srad/2.0618052根据上述分析，我们按照较大角速度 0.26rad/s 选择电机，即脚踏板转速为 2.5r/min3.1.2 电机、减速器的选择（1） 理论分析踝关节康复运动机构的目的是对踝关节进行背伸、跖屈，外翻、内翻的康复训练，除了满足各个自由度运动角度之外，还需要提供一定的关节力矩。下面是针对一批正常人和一批脑卒中偏瘫患者分别进行背伸、跖屈，外翻、内翻两个自由度关节所需的力矩实验结果，而这批力矩数据为电机的选型提供了依据。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709856表 3-2 正常人背伸/跖屈、内翻/外翻所需力矩实验结果样本 年龄 身高 体重 性别 背伸(Nm)跖屈(Nm)内翻(Nm)外翻(Nm)1 27 174 73 男 14.406 6.174 4.41 4.412 27 165 64 男 14.406 6.174 2.94 4.413 26 178 65 男 7.203 6.174 2.744 2.7444 25 163 55 女 10.29 6.174 3.43 3.925 23 170 60 男 11.319 5.762 1.96 3.436 23 162 52 女 10.29 4.939 2.45 3.1367 25 158 48 女 8.232 6.174 3.92 3.438 29 176 70 男 14.818 4.116 3.528 5.889 25 178 68 男 10.702 7.409 3.92 4.116平均值 26 170 62 11.690 6.579 3.782 4.456表 3-3 偏瘫患者背伸/跖屈、内翻/外翻所需力矩实验结果样本 年龄 性别 背伸(Nm) 跖屈(Nm) 内翻(Nm) 外翻(Nm)1 46 男 10.29 6.174 2.45 2.942 53 男 10.29 6.174 1.96 3.433 50 男 8.232 6.174 1.96 2.94平均值 50 9.604 6.174 2.123 3.102参考这两组实验结果，背伸/跖屈关节力矩选择最大值 Me1=16Nm，内外翻关节力矩选择最大值 Me2=6Nm，作为电机选型的参考力矩。由于两个自由度运动使用的是一个电机，故按照较大值 Me1=16Nm 作为依据来选择电机。又考虑到设计结构中脚踏板下安装了两个弹簧用于恢复脚踏板与地面平行状态，弹簧会损耗部分力矩 Ms=9Nm，因此驱动脚踏板所需力矩为 M=Me+Ms= 25Nm驱动脚踏板所需功率为（3-4）wnP54.69025考虑到运动过程中有功率损耗，故留 1.5 倍余量，背伸/跖屈时，电机所需为 8.14.6电 机（2) 电机、减速器的选型计算电机是低扭矩、高转速的驱动部件，单独的电机转速太高、扭转矩太小，故电机买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709857的输出轴要经过减速器进行减速，才能满足所需的转速和转矩的要求，所以伺服电机后加一个减速器。综合考虑各种减速器的特点，最终决定选用减速比高、体积小的电机直联型谐波减速器。故驱动元件选择交流伺服电机+谐波减速器的方式，来提供输出力矩。谐波减速器的特点：传动比大，承载能力强，传动精度高，传动平稳，效率高，体积小，质量轻。根据日本的 Harmonic Drive LLC 产品样本手册，选择 CSF Series Ratings 系列的型号为 20 的谐波减速器。该减速器的两端为孔式输出（输入），因此省去了联轴器，简化了结构，缩小了机构尺寸，降低了成本。具体参数如表 5。表 3-4 谐波减速器参数谐波减速器名称 Harmonic Drive LLC型号 CSF Series Ratings 20传动比 160额定扭矩(Nm) 40电机所需输出扭矩为（3-5）NmiMT156.02式中，T 为电机输出扭矩，M 为脚踏板所需扭矩，i 为谐波减速器的减速比。电机输出转速（3-6）r/in40165.2in脚电 机电机所需功率为 9.8w。考虑到该踝关节康复机构需左、右转两个方向运动，来控制踝关节背屈/跖屈、外翻/内翻康复运动，所以电机须选用伺服电机。综合考虑康复机器人的工作条件和载荷特点（驱动病人踝关节做康复运动，启动不频繁，换向频繁），最终决定选用选择松下 A5 交流伺服电机，规格及参数如表 3-5。表 3-5 伺服电机参数电机型号 MSME 5AZG1额定输出功率 (w) 50额定转矩(Nm) 0.16额定转速(r/min) 3000电压(V) AC200v买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709858图 3-6 电机扭矩特性图每个伺服电机都要有一个与之相匹配的伺服驱动器，没有伺服单元的驱动，电机将不能转动。和 MSME 5AZG1 伺服电机相匹配的伺服驱动器为 A5 系列的 MADHT 1505，属于电机内置保持器。它可以实现速度和转矩的控制，具有电流、过负载、过电压、过速度、电机异常、编码器异常等保护功能，利用电机自带的编码器反馈信号能够构成半闭环控制系统。根据电机转矩特性曲线图 3-6 可知，在低于额定转速时，电机恒转矩输出，高于额定转速时，电机恒功率输出。因此 400r/min 时，电机输出扭矩为 0.16Nm，经过谐波减速器，关节输出力矩为 NmM6.2510.减在谐波减速器可承受的扭矩范围之内（40Nm），满足设计要求。电机输出轴直径为 。经过两对齿轮传动效率降低，最终驱动脚踏板的力矩为 M=25Nm。m83.2 设计系统尺寸3.2.1 确定脚踏板和框架尺寸脚踏板尺寸是根据人足的实际尺寸来确定的。为适合所有人群，确定脚踏板的长度为 280mm。根据人脚的长宽比例，脚踏板的宽初步定为 150mm，考虑到脚踏板两侧需有绷带来固定足部，因此脚踏板左右两边分别留出长 5mm 的缺口，用于缠绕绷带，所以脚踏板最终宽度为 160mm。根据结构需要，脚踏板需固定在一个凹形的支撑板上，该支撑板悬空，当脚踏板上下摆动时候，可以随着脚踏板一起摆动，当脚踏板左右摆动时，支撑凹板可以作为支撑不动，使脚踏板在支撑板内左右摆动。该支撑板的厚度定为 5mm，与脚踏板联接的部分局部加厚到 20mm 并打孔，如图 25 所示。买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709859图 3-7 脚踏板结构尺寸3.2.2 确定传动方杆尺寸考虑加工的可实施性，传动杆均做成截面为方形、两端带凹槽或者带凸片的形状，且凸片或凹槽均在中间加工一通孔，各个传动杆通过凹槽或凸片用螺栓联接。传动方杆 17 的尺寸是 252580；传动方杆 18 的尺寸是 2020178；传动方杆 19 的尺寸是 2020193。3.2.3 确定系统的尺寸图减速器的输出转速即为脚踏板的转速，故传动系统的传动比 。各圆柱齿轮、1传i锥齿轮传动比均为 1。参照医院实地考察的类似的下肢康复机构，杆件尺寸均较小，一般位于 15-25mm 之间，分析其原因是因为，踝关节康复机构多在病床上使用，患者处于平躺状态或者半躺状态，训练用时，脚踏板不必承受整个人体的重量，只需提供使踝关节扭动的力矩，因此该力矩很小，故杆或轴的直径不超过 25mm。据上，设计框架如图 26 所示。从图中可知，传动系统由一对直齿圆柱齿轮、一对锥齿轮组成，这两对齿轮传动比均为 1.买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098510图 3-8 系统结构图3.3 齿轮设计与计算高速级齿轮设计与计算（1） 选定齿轮类型、精度等级、材料与齿数按已知条件，选用直齿圆柱齿轮传动。由资料 14（下同）表 10-1 小齿轮材料选用 45Cr(调质)，表面硬度为 280HBS,大齿轮材料选用 45 钢（调质），表面硬度为 240HBS。选择 7 级精度， ，521z（2） 按齿面接触疲劳强度计算根据设计计算公式（10-9a）试算小齿轮分度圆直径，即：（3.11）3212. HEdtt ZuTK载荷系数tK输入轴承受扭矩1T齿宽系数d重合度系数Z弹性影响系数E接触疲劳许用应力H确定上式中各参数：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098511试选载荷系数 =1.3，tK小齿轮传递的扭矩为 =6.27N m1T查表 10-7，选齿宽系数 =1；d查表 10-6，得弹性影响系数 =189.8 ，EZ12MPa查图 10-21d，查得小齿轮接触疲劳强度极限为 MPa；大齿轮接触疲劳602limH强度极限为 MPa。501limH计算应力循环:（3.12）hnjLN6输入轴转速n工作时间hL137.7r/min1n=10000hhL双向转动，取 =2j代入式（3.12）得：=1.65108次160hNnjL查图 10-19，得接触疲劳寿命系数1.15， 1.26；1HNK2HN计算接触疲劳许用应力：取安全系数 S=1，则=690MPa， =693MPa1H1limS2H2limHKS计算设计公式中代入 中较小值，得 21.74mmH1td计算小齿轮分度圆圆周速度 v0.17m/s601nt计算齿宽 b=21.74mm1dtb计算齿宽与齿高之比：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098512b/h （3.13）模数0.91mm1ttdmz齿高=2.04mm2.5th代入式（3.13）得：=10.67/b计算载荷系数HAVK（3.14）查图 10-8，由 v=0.17m/s，7 级精度，得：=1.0vK查表 10-4，得：1.2HF查表 10-2，得：=1.25AK查表 10-3，得：=1.30H查图 10-13，得：=1.28FK以上代入式（3.14）得：1.95 AvH按实际载荷系数修正 1td24.87mm 31ttKd（3.15）买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098513计算模数 m：1.04mm1zdm按弯曲强度设计由公式（10-5 ）321FSadYzKTm（3.16）弯曲疲劳寿命系数FNK弯曲疲劳需用应力齿形系数FaY应力校正系数s由图 10-20c 查得小齿轮弯曲疲劳强度极限 =500MPa；大齿轮弯曲强度极限1FE=380MPa；2FE由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数 =0.93， =0.971FNK2FN计算载荷系数 K= =1.92FVA计算弯曲疲劳需用应力，取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，得：=332.1MPaSKFENF11=263.3MPa22查取齿形系数，由表 10-5 得：=2.65； =2.2261FaY2Fa查取应力校正系数，由表 10-5 查得：=1.58； =1.7641Ys2Ys=0.0131FSa=0.0152Sa买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098514大齿轮对应数值大，将以上数值代入得：0.86m对比计算结果，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度的承载能力仅与齿轮直径有关，所以取由弯曲疲劳强度算得的m=0.86，并取圆整为标准值 m=3，几何尺寸计算：分度圆直径zmd（3.17)将模数、齿数代入式（3.17）得：156mm； 156mmmzd1zd2中心距（3.18）21a将 ， 代入式（3.18）得：1d2156mm齿轮宽度（3.19）1db由式（3.19）得：=25mm； =30mm2B1（3）设计锥齿轮传动根据的工作要求，将腕部最末端的传动设计成标准直齿圆锥齿轮传动，考虑到可能圆锥小齿轮齿根圆到键槽底部的距离 ，所以将圆锥小齿轮与轴设计成一体，tme6.1圆锥大齿轮单独设计，材料选用 45 钢。由于选用的是闭式硬齿面齿轮，齿轮齿面磨损和弯曲疲劳折断是主要的失效形式，因此设计这类齿轮传动时按弯曲疲劳强度进行设计计算，宜选取较小的齿数 ， 可取 172015 。1z（a）估算齿轮主要参数及尺寸齿数 , ：1Z2买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098515齿数比 ，所以选择 ,则 。121Znu301Z3012uZ齿宽系数 ：R，取 。齿宽系数不宜取过大，避免引起小端齿顶过薄，齿根圆341R3.0角半径过小，应力集中过大。根据手册16，按齿面接触疲劳强度计算小齿轮大端分度圆直径 和大端模数 ：1dm（3.27） 32lim2115.08.9HRVAKTd式中：齿轮传递的扭矩；1T工况系数；AK动载系数；V齿宽系数；R试验齿轮的接触疲劳极限应力；limH查手册16得到， , , MPa。1AKV50limH由于 Nm， , 。3.71T3.0R.i将数据代入得到小齿轮大端分度圆直径 mm。31d大端模数 ，根据标准分度圆模数，取 。65.201Zdm5.2m圆锥齿轮主要尺寸计算16：（3.28）mzd（3.29） u1arctn11290（3.30）1sindR（3.31）买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098516Rmd5.01（3.32） coszZV（3.33） Rm5.01（3.34） 式中：大端分度圆直径； d、 节锥角； 12锥距； R中点分度圆直径； md当量齿数； VZ平均模数。 m齿宽 ，取 mm。108.9b将数据代入计算得： mm502.1mzdmm73245.1arctnrt1i09012mm.384sini1dRmm5.42.015.01 Rmmm76372 d640cos11zZV5322v125.305.101Rm买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098517锥齿轮传动中主动轮转速 r/min。9635.10n中点分度圆上的圆周力 N。3.625.4721mtdTF（b）按齿面接触疲劳强度进行校核计算接触用单位齿宽上的载荷 HtMPa （3.35） 47.312.103.6KbFvAtmHt查16手册， ， 齿向载荷分布系数， = =1.2。 HKF计算接触疲劳应力 HMPa （3.36） 03.4765.1.42735.15.47 22 idwmt计算齿轮的接触疲劳极限应力limH（3.37）li1li2liHNRLvWXZ式中： 寿命系数；NZ润滑剂系数；L齿面光洁度系数；R速度系数；vZ工作硬化系数；W尺寸系数。X查手册16得到 ， ， 。1XWvNZZ95.0L4.RZ所以， MPa。4.9052lim/1li/ H计算接触安全系数 S，安全系数较高。所以，接触疲劳强度满足，3.10.476/1lim21 HHS参数合理。（c）按齿根弯曲疲劳强度的校核买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098518计算弯曲用单位齿宽上的载荷 FtMPa47.312.103.6KbFHvAtmHtFt变位系数 ,sx取 ，则 。12012sx应力集中校正系数 aY由 及 可查表得 ，由 及 可查表得 。1xvz59.1S2xvz68.12SaY齿形系数 Fa由 ，据 及 可查表得 ，由 及 可查表得 ，.5YC1xvz60.1FaY2xvz35.2FaY而 ，所以： ， 。12 9.25.60FaY 70.15.32弯曲计算应力 根据公式：（3.38）11FtasvmY（3.39）221asFF将数据代入计算得： MPa5.971.9215.473FMPa8.2.602取安全系数 4.1FS查16手册，得弯曲疲劳寿命系数 ， 。9.01FNK9.02FN查16手册，得弯曲疲劳极限为 MPa， MPa。4E45E许用应力：（3.40）FENFS11（3.41）K22买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098519将数据代入计算得： MPa1.2894.10911 FENFSKMPa.73.522因此 、 ，弯曲疲劳强度满足，参数合理 17。11FF3.4 轴的设计与计算3.4.1 输入轴的设计与计算（1） 求输入轴上的功率、转速、扭矩0.456kW231电 机输 入 P6.27N m0T（2） 初估轴直径（3.20）30minPAd选取轴的材料为 45 钢，调质处理，查表 11-3，取 ，并将数据代入式012A（3.20）得： =17mm mind（3） 轴的结构设计输入轴的最小直径与先前计算齿轮直径相差很少，所以做成齿轮轴。（4） 求轴上支反力与弯矩水平方向：； 06303821tNHt FF 038211tNHt F（3.21）垂直方向： ； 063038221rNVr 03068211rNVr（3.22） 对锥齿轮：, （3.23） dTFtcostanr对直齿轮：买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098520， （3.24） dTFt2tanrF将输入轴参数代入式（3.24）得：538.2N, 138.5N1t 1r501.6N, 182.6N2tF2代入得：408.6N, 867.2N1NH2NH514.8N , 558.9NVF1VF作出输入轴水平方向及垂直方向的弯矩图 3.6： 图 3.6 输入轴的受力分析图 从输入轴的结构图和受力情况分析得到截面 II 是输入轴的危险截面，计算结果如表 3.4。表 3.4 截面处的弯矩载荷 水平面 H 垂直面 V支反力F408.6N1NF514.8N1NF买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098521867.2N2NHF558.9N1NVF弯矩 M44.8N m 0.7N m M总弯矩1 44.8N m 2VH扭矩 T6.27N m15) 按弯扭合成应力校核轴的强度（3.25）WTMca22)(式中： 轴的计算应力ca轴受得弯矩M轴所受的扭矩T轴的抗弯截面系数W31.0dW（3.26）校核轴上承受最大计算弯矩的截面处的强度， 取 1，将各数值代入式（3.25）、（3.26）得：7.66MPaWTMca22)(轴的材料为 45 钢，查表 11-1， 。因此 ，故安全。160bPa 1cab3.4.2 中间轴的设计与计算（1） 求输入轴上的功率、转速、扭矩0.429kW32输 入中 间P45.9r/minn17.7N m2T（2） 初估轴直径选取轴的材料为 45 钢，调质处理，查表 11-3，取 ，得：012A25mm30minPAd买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098522（3） 轴的结构设计中间轴的直径与小齿轮分度圆直径相差很少，所以做成锥齿轮轴。轴的结构尺寸如图 3.7。图 3.7 中间轴结构尺寸简图（4） 求轴上支反力与弯矩水平方向：； 01657.93221NHtt FF 025.69165ttNHFF（3.27）垂直方向： ； 0657.93221NVrr 025.69165rrNV（3.28） 对直齿轮：，dTFttanrF将输入轴参数代入得：472N, 171.8N1t1r944N, 343.6N2tF2代入得：35.8N, 436.2N1NH2NH13N, 158.7NVF1V作出中间轴水平方向及垂直方向的弯矩图： 买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098523图 3.8 中间轴的受力分析图 从轴的结构图和受力情况分析得到截面 II 是轴的危险截面，计算结果如表3.5。表 3.5 截面处的弯矩载荷 水平面 H 垂直面 V支反力F35.8N1NF436.2N2H13N1NF158.7NV弯矩 M31.7N m 11.51N mM总弯矩1 33.7N m2VH扭矩 T17.7N m1（5） 按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大计算弯矩的截面处的强度2.01MPaWTMca22)(轴的材料为 45 钢，查表 11-1， 60MPa。因此 ，故安全。b1 1cab买文档就送您 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985243.4.3 输出轴的设计与计算 （1） 求输出轴上的功率、转速、扭矩0.404kW432中 间输 出 P15.3r/min3n49.85N m0T（2） 初估轴直径选取轴的材料为 45 钢，调质处理，查表 11-3，取 ，得：012A33mm30minPd（3） 轴的结构设计轴的结构尺寸如图 3.9，输出轴的直径与齿轮直径相差很少，所以做成锥齿轮轴。图 3.9 输出轴结构尺寸简图（4） 求轴上支反力与弯矩水平方向：； 075.32NHtF075.11NHtF（3.29）垂直方向： ； 075.32NVr 075.11NVr（3.30） 对直齿轮：
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